МЕХАНИСТИЧЕСКАЯ КАРТИНА МИРА СФОРМИРОВАЛАСЬ НА ОСНОВЕ механики

МЕХАНИСТИЧЕСКАЯ КАРТИНА МИРА • СФОРМИРОВАЛАСЬ НА ОСНОВЕ: механики Леонардо да Винчи (1452 -1519 гг. ), • гелиоцентрической системы Н. Коперника (1473 -1543 гг. ), • экспериментального естествознания Г. Галилея (1564 -1642 гг. ), • законов небесной механики И. Кеплера (1571 -1630 гг. ), • механики И. Ньютона (1643 -1727 гг. ). •

Гелиоцентрическая система мира — представление о том, что Солнце является центральным небесным телом, вокруг которого обращается Земля и другие планеты. Противоположность геоцентрической системе мира. Возникло в античности, но получило широкое распространение с конца эпохи Возрождения. Изображение Солнечной системы из книги Андреаса Целлариуса Harmonia Macrocosmica (1708)

Окончательно гелиоцентризм возродился только в XVI веке, когда польский астроном Николай Коперник разработал теорию движения планет вокруг Солнца на основании пифагорейского принципа равномерных круговых движений. Результаты своих трудов он обнародовал в книге «О вращениях небесных сфер» , изданной в 1543 году. Одной из причин возвращения к гелиоцентризму было несогласие Коперника с птолемеевой теорией экванта; кроме того, он считал недостатком всех геоцентрических теорий то, что они не позволяют определить «форму мира и соразмерность его частей» , то есть масштабы планетной системы.

Коперник полагал, что Земля совершает троякое движение: Вращение вокруг оси с периодом в одни сутки, следствием чего является суточное вращение небесной сферы; Движение вокруг Солнца с периодом в год, приводящее к попятным движениям планет; Так называемое деклинационное движение с периодом также примерно в один год, приводящее к тому, что ось Земли перемещается приближенно параллельно самой себе (небольшое неравенство периодов второго и третьего движений проявляется в предварении равноденствий).

Коперник не только объяснил причины попятных движений планет, вычислил расстояния планет от Солнца и периоды их обращений. Зодиакальное неравенство в движении планет Коперник объяснял тем, что их движение является комбинацией движений по большим и малым кругам, — аналогичный тому, как объясняли это неравенство средневековые астрономы Востока — деятели Марагинской революции (так, теория движения внешних планет у Коперника совпадала с теорией Ал. Урди, теория движения Меркурия — с теорией Ибн аш-Шатира, но только в гелиоцентрической системе отсчёта). Тем не менее, теория Коперника не может быть названа гелиоцентрической в полной мере, поскольку Земля в ней отчасти сохраняла особый статус: центром планетной системы было не Солнце, а центр земной орбиты; из всех планет Земля единственная двигалась по своей орбите равномерно, в то время как у остальных планет орбитальная скорость менялась. По всей видимости, у Коперника сохранялась вера в существование небесных сфер, несущих на себе планеты. Таким образом, движение планет вокруг Солнца объяснялось вращением этих сфер вокруг своих осей[33]. Тем не менее, им был дан импульс для дальнейшей разработки гелиоцентрической теории движения планет, сопутствующих задач механики и космологии. Объявив Землю одной из планет, Коперник создал условия для устранения резкого разрыва между «надлунным» и «подлунным» мирами, характерного для философии Аристотеля и средневековой схоластики.

Попятное движение Марса

Иоганн Кеплер (нем. Johannes Kepler; 27 декабря 1571 года, Вайль-дер-Штадт — 15 ноября 1630 года, Регенсбург) — немецкий математик, астроном, механик, оптик, первооткрыватель законов движения планет Солнечной системы. Ещё со студенческих лет (пришедшихся на конец XVI века) он был убеждён в справедливости гелиоцентризма ввиду способности этого учения дать естественное объяснение попятных движений планет и возможности вычислять на её основе масштабы планетной системы. В течение нескольких лет Кеплер работал с величайшим астрономом-наблюдателем Тихо Браге и впоследствии завладел его архивом «Кубок Кеплера» : модель наблюдательных данных. В ходе анализа этих Солнечной системы из пяти данных, проявив исключительную физическую платоновых тел. интуицию, Кеплер пришёл к следующим выводам:

Орбита каждой из планет является плоской кривой, причём плоскости всех планетных орбит пересекались в Солнце. Это означало, что Солнце находится в геометрическом центре планетной системы, тогда как у Коперника таковым был центр земной орбиты. Кроме всего прочего, это позволило впервые объяснить движение планет перпендикулярно к плоскости эклиптики. Само понятие орбиты, видимо, также было впервые введено Кеплером, поскольку ещё Коперник полагал, что планеты переносятся с помощью твёрдых сфер, как у Аристотеля.

Земля движется по своей орбите неравномерно. Тем самым впервые Земля уравнялась в динамическом отношении со всеми остальными планетами. Каждая планета движется по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце (I закон Кеплера). Кеплер открыл закон площадей (II закон Кеплера): отрезок, соединяющий планету и Солнце, за равные промежутки времени описывает равные площади. Поскольку расстояние планеты от Солнца при этом также менялось (согласно первому закону), отсюда следовала переменность скорости движения планеты по орбите. Установив свои первые два закона, Кеплер впервые отказался от догмы о равномерных круговых движениях планет, с пифагорейских времён владевшей умами исследователей. Причём, в отличие от модели экванта, скорость планеты менялась в зависимости от расстояния от Солнца, а не от некоторой бестелесной точки. Тем самым Солнце оказалось не только геометрическим, но и динамическим центром планетной системы.

Кеплер вывел математический закон (III закон Кеплера), который связывал между собой периоды обращений планет и размеры их орбит: квадраты периодов обращений планет относятся как кубы больших полуосей их орбит. Впервые закономерность устройства планетной системы, о существовании которой догадывались ещё древние греки, получила математическое оформление. На основании открытых им законов движения планет Кеплер составил таблицы планетных движений (Рудольфинские таблицы), по точности оставлявшие далеко позади все таблицы, составленные ранее.

Тихо Браге 14 декабря 1546, Кнудструп, Дания (ныне на территории Швеции) — 24 октября 1601, Прага) — датский астроном, астролог и алхимик эпохи Возрождения

Тихо Браге Первым в Европе начал проводить систематические и высокоточные астрономические наблюдения, на основании которых Кеплер вывел законы движения планет.

«Кубок Кеплера» : модель Солнечной системы из пяти платоновых тел. Иоганн Кеплер нем. Johannes Kepler; 27 декабря 1571 года, Вайль дер Штадт — 15 ноября 1630 года, Регенсбург) — немецкий математик, астроном, механик, оптик и астролог, первооткрыватель законов движения планет Солнечной системы.

Открытые Кеплером три закона движения планет полностью и с превосходной точностью объяснили видимую неравномерность этих движений. Вместо многочисленных надуманных эпициклов модель Кеплера включает только одну кривую — эллипс. Второй закон установил, как меняется скорость планеты при удалении или приближении к Солнцу, а третий позволяет рассчитать эту скорость и период обращения вокруг Солнца.

Второй закон Кеплера: закрашенные площади равны и проходятся за одинаковое время

Хотя исторически кеплеровская система мира основана на модели Коперника, фактически у них очень мало общего (только суточное вращение Земли). Исчезли круговые движения сфер, несущих на себе планеты, появилось понятие планетной орбиты. В системе Коперника Земля всё ещё занимала несколько особое положение, поскольку центром мира Коперник объявил центр земной орбиты. У Кеплера Земля — рядовая планета, движение которой подчинено общим трём законам.

Земля движется по своей орбите неравномерно. Тем самым впервые Земля уравнялась в динамическом отношении со всеми остальными планетами. Каждая планета движется по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце (I закон Кеплера). Кеплер открыл закон площадей (II закон Кеплера): отрезок, соединяющий планету и Солнце, за равные промежутки времени описывает равные площади. Поскольку расстояние планеты от Солнца при этом также менялось (согласно первому закону), отсюда следовала переменность скорости движения планеты по орбите. Установив свои первые два закона, Кеплер впервые отказался от догмы о равномерных круговых движениях планет, с пифагорейских времён владевшей умами исследователей. Причём, в отличие от модели экванта, скорость планеты менялась в зависимости от расстояния от Солнца, а не от некоторой бестелесной точки. Тем самым Солнце оказалось не только геометрическим, но и динамическим центром планетной системы.

Кеплер вывел математический закон (III закон Кеплера), который связывал между собой периоды обращений планет и размеры их орбит: квадраты периодов обращений планет относятся как кубы больших полуосей их орбит. Впервые закономерность устройства планетной системы, о существовании которой догадывались ещё древние греки, получила математическое оформление. На основании открытых им законов движения планет Кеплер составил таблицы планетных движений (Рудольфинские таблицы), по точности оставлявшие далеко позади все таблицы, составленные ранее.

Галилео Галилей Одновременно с Кеплером на другом конце Европы, в Италии, трудился Галилео Галилей, оказавший двоякую поддержку гелиоцентрической теории. Во-первых, с помощью изобретённого им ТЕЛЕСКОПА Галилей сделал ряд открытий, либо косвенно подтверждавших теорию Коперника, либо выбивавших почву из-под ног его противников — сторонников Аристотеля: Поверхность Луны не гладкая, как подобало небесному телу в учении Аристотеля, а имеет горы и впадины, как Земля. Кроме того, Галилей объяснил ПЕПЕЛЬНЫЙ СВЕТ ЛУНЫ отражением солнечного света Землёй. Благодаря этому Земля стала телом, во всех отношениях подобным Луне. Устранялось противоречие между земным и небесным, постулировавшееся у Аристотеля. Четыре спутника Юпитера (получивших впоследствии название галилеевых). Тем самым он опроверг утверждение, что Земля не может обращаться вокруг Солнца, поскольку вокруг неё самой обращается Луна (такой тезис часто выдвигали противники Коперника): Юпитер заведомо должен был вращаться либо вокруг Земли (как у Птолемея и Аристотеля), либо вокруг Солнца (как у Аристарха и Коперника). Смена фаз Венеры, указывавшая, что Венера обращается вокруг Солнца.

Четыре спутника Юпитера (получивших впоследствии название галилеевых). Тем самым он опроверг утверждение, что Земля не может обращаться вокруг Солнца, поскольку вокруг неё самой обращается Луна (такой тезис часто выдвигали противники Коперника): Юпитер заведомо должен был вращаться либо вокруг Земли (как у Птолемея и Аристотеля), либо вокруг Солнца (как у Аристарха и Коперника).

Одним из первых Галилей открыл солнечные пятна. Наблюдения над пятнами привели Галилея к выводу о вращении Солнца вокруг своей оси. Само существование пятен и их постоянная изменчивость опровергали тезис Аристотеля о «совершенстве» небес. Галилей показал, что видимые размеры планет в различных конфигурациях (например, в противостоянии и соединении с Солнцем) меняются в таком соотношении, как это следует из теории Коперника.

Галилей установил, что Млечный Путь состоит из большого количества звёзд, неразличимых невооружённым взглядом. Это открытие совершенно не умещалось в космологию Аристотеля, но вполне было совместимо с теорией Коперника, из которой следовала огромная удалённость звёзд.

Галилей установил, что Млечный Путь состоит из большого количества звёзд, неразличимых невооружённым взглядом. Это открытие совершенно не умещалось в космологию Аристотеля, но вполне было совместимо с теорией Коперника, из которой следовала огромная удалённость звёзд. Одним из первых Галилей открыл солнечные пятна. Наблюдения над пятнами привели Галилея к выводу о вращении Солнца вокруг своей оси. Само существование пятен и их постоянная изменчивость опровергали тезис Аристотеля о «совершенстве» небес. Галилей показал, что видимые размеры планет в различных конфигурациях (например, в противостоянии и соединении с Солнцем) меняются в таком соотношении, как это следует из теории Коперника. Наоборот, при наблюдении звёзд в телескоп их видимые размеры не меняются. Этот вывод опровергал один из основных доводов Тихо Браге, заключавшийся в огромных размерах звёзд, которые следуют из ненаблюдаемости их годичных параллаксов. Галилей заключил, что при наблюдении звёзд в телескоп их видимый размер не меняется, следовательно, оценка Браге угловых размеров звёзд сильно преувеличена. Вторым направлением деятельности Галилея было установление новых законов динамики. Им были сделаны важные шаги в установлении принциповинерции и относительности, что позволило устранить традиционные возражения противников гелиоцентризма: если Земля движется, почему мы этого не замечаем[37]?

Исаак Ньютон Дальнейшее развитие небесной механики связано с именем Дж. А. Борелли. По его мнению, от Солнца исходят три силы: одна продвигает планету по орбите, другая притягивает планету к Солнцу, третья (центробежная), наоборот, отталкивает планету. Эллиптическая орбита планеты является результатом противоборства двух последних[45][49]. В 1666 г. Роберт Гук высказал предположение, что для объяснения движения планет достаточно одной только силы притяжения к Солнцу, просто нужно предполагать, что планетная орбита является результатом сочетания (суперпозиции) падения на Солнце (благодаря силе притяжения) и движения по инерции (по касательной к траектории планеты). По его мнению, эта суперпозиция движений и обусловливает эллиптическую форму траектории планеты вокруг Солнца[50]. Именно Гук впервые поставил задачу о выводе законов Кеплера, исходя из принципа инерции и предположения о существовании направленной к Солнцу силы. Близкие взгляды, но в достаточно неопределённой форме, высказывал и Кристофер Рен[51]. Гук и Рен догадывались, что сила тяготения убывает обратно пропорционально квадрату расстояния до Солнца. Но честь вывода законов Кеплера из закона всемирного тяготения принадлежит Исааку Ньютону ( «Математические начала натуральной философии» , 1687 г. ) Закон всемирного тяготения, окончательно сформулированный Ньютоном, позволил дать единообразное объяснение земной тяжести, движению Луны вокруг Земли и планет вокруг Солнца. В частности, были объяснены приливы, был дан вывод законов Кеплера.

Исаак Ньютон. Isaac Newton Портрет кисти Кнеллера (1689)Дата рождения: 25 декабря 1642 (4 января 1643) Место рождения: Вулсторп, Линкольншир, Ко ролевство Англия Дата смерти: 20 марта 1727 (31 марта 1727)(84 года) Место смерти: Кенсингтон, Мидлсекс, Англия, Королевство Великобритания Страна: Королевство Англия Королевство Великобритания Научная сфера: физика, механика, математика, астрономия Альма-матер: Кембриджский университет(Тринити-колледж) Подпись

Никто до Ньютона не сумел ясно и математически доказательно связать закон тяготения (силу, обратно пропорциональную квадрату расстояния) и законы движения планет (законы Кеплера). Более того, именно Ньютон первым догадался, что гравитация действует между двумя любыми телами во Вселенной; движением падающего яблока и вращением Луны вокруг Земли управляет одна и та же сила. Наконец, Ньютон не просто опубликовал предполагаемую формулу закона всемирного тяготения, но фактически предложил целостную математическую модель: закон тяготения; закон движения (второй закон Ньютона); система методов для математического исследования (математический анализ). В совокупности эта триада достаточна для полного исследования самых сложных движений небесных тел, тем самым создавая основы небесной механики. Таким образом, только с трудов Ньютона начинается наука динамика, в том числе в применении к движению небесных тел. До создания теории относительности и квантовой механики никаких принципиальных поправок к указанной модели не понадобилось, хотя математический аппарат оказалось необходимым значительно развить.

Пушечное ядро Ньютона. В этом мысленном эксперименте, нужно представить себе пушку, находящуюся на очень высокой горе, которая выстреливает свое ядро под углом 90 градусов к Земле. Диаграмма показывает несколько возможных траекторий полета пушечного ядра, в зависимости от того, как быстро оно будет лететь в момент запуска. Если оно будет двигаться слишком медленно, то, в конце концов, упадет вниз на Землю. Если же оно будет очень быстрым, оно может освободиться от гравитации Земли и направиться в космос. Если оно достигнет средней скорости, то будет двигаться по орбите Земли. Этот эксперимент сыграл большую роль в изучении гравитации, заложив основу для создания спутников и космических полетов.

С работами Ньютона связана новая эпоха в физике и математике. Он завершил начатое ГАЛИЛИЕМ создание теоретической физики, основанной, с одной стороны, на опытных данных, а с другой — на количественноматематическом описании природы. В математике появляются мощные аналитические методы. В физике основным методом исследования природы становится построение адекватных математических моделей природных процессов и интенсивное исследование этих моделей с систематическим привлечением всей мощи нового математического аппарата. Последующие века доказали исключительную плодотворность такого подхода.

МЕХАНИСТИЧЕСКАЯ КАРТИНА МИРА • СФОРМИРОВАЛАСЬ НА ОСНОВЕ: • механики Леонардо да Винчи (1452 1519 гг. ), • гелиоцентрической системы Н. Коперника (1473 1543 гг. ), • экспериментального естествознания Г. Галилея (1564 1642 гг. ), • законов небесной механики И. Кеплера (1571 1630 гг. ), • механики И. Ньютона (1643 1727 гг. ). ПРОСТРАНСТВО трехмерно, постоянно и не зависит от материи; ВРЕМЯ не зависит ни от пространства, ни от материи; пространство и вре мя никак не связаны с движением тел, они имеют абсолютный характер. В рамках механистической картины мира сложилась дискретная (корпускулярная) модель реальности МАТЕРИЯ понималась как вещественная субстанция, состоящая из атомов или корпускул. Атомы абсолютно прочны, неделимы, непроницаемы, имеют массу и вес. ДВИЖЕНИЕ простое механическое перемещение. Тела двигаются равномерно и прямолинейно, а отклонение от этого движения результат действия внешних сил (инерция). Мерой инерции является масса. Универсальным свойством тел является сила тяготения, которая является дальнодействующей. Принцип дальнодействия взаимодействие между телами происходит мгновенно на любом расстоянии, так как действия могут передаваться в пустом пространстве с какой угодно скоростью.

Выводы МКМ Любые события предопределяются законами механики. (все события предсказуемы, случайность исключена). Присутствие человека в мире ничего не меняет. (если человек даже исчезнет с лица Земли – мир продолжит существовать как ни в чем не бывало).